Indice

4.1 Introduzione
4.2 Apparecchiatura di prova
4.3 Strumentazione di misura
4.4 Rilevazione dati
4.5 Informazioni acquisite
4.6 Indagine microscopica
4.7 Macchina prove statiche
4.8 Materiale analizzato
4.9 Prove di indentazione
4.9.1 Prove di indentazione dinamiche
4.9.2 Prove di indentazione statiche
4.10 Determinazione di alfa
4.11 Determinazione di Ceq

Figura IV.24. Andamento temporale della forza.

Figura IV.25. Andamento temporale dell'energia.

Figura IV.26. Diagramma forza-spostamento.

L'analisi distruttiva (taglio del laminato in direzione parallela alle fibre del layer superficiale con analisi microscopica della sezione tagliata e successivo deplaying) non ha evidenziato alcun tipo di rottura di fibre nella zona di contatto. E' visibile un'impronta dell'impattatore, sintomo della plasticizzazione della matrice nella zona di contatto.

Figura IV.27. Andamento temporale della forza.

Figura IV.28. Andamento temporale dell'energia.

Figura IV.29. Diagramma forza-spostamento.

L'analisi distruttiva (taglio del laminato in direzione parallela alle fibre del layer superficiale con analisi microscopica della sezione tagliata e successivo deplaying) non ha evidenziato alcun tipo di rottura di fibre nella zona di contatto. E' visibile un'impronta dell'impattatore, sintomo della plasticizzazione della matrice nella zona di contatto.

Per la determinazione di a, che ricordiamo essere legato al coefficiente di restituzione e, si sono utilizzati i dati ricavati dalle prove di indentazione dinamica, le quali altro non sono che una semplice prova di rimbalzo. La prova infatti è stata realizzata sulla macchina Drop Weight sul cui basamento è stato opportunamente posizionato il provino da impattare. I materiali provati sono stati diversi: PEEK-fibra di carbonio e resina epossidica-fibra di carbonio. Le diverse lamine sono state poggiate su un piano d'acciaio opportunamente imbullonato al basamento della macchina e a loro volta incastrate alle estremità, in modo che, una volta avvenuto l'impatto, questi rimanga a contatto con il basamento senza così rimbalzare. Le velocità d'impatto sono state impostate molto basse (dunque con altezze di caduta minime, compatibilmente con le caratteristiche della macchina) per far si che il danneggiamento entro il provino fosse sostanzialmente trascurabile. Ad una prima analisi visiva, vedendo che sulla superficie del materiale non comparivano i classici segni di rottura (fessurazioni lungo la circonferenza d'impatto e, a partire da queste, in direzione radiale normale a quella delle fibre) si provato ad aumentare la velocità d'impatto senza che però tale fenomeno si verificasse. Si è potuto vedere come l'unico effetto prodotto dall'impatto sia stata l'impronta della punta lasciata sulla sua superficie superiore. Ciò indica come, seppur in assenza di rottura di fibre, si sia verificata una deformazione plastica nella matrice. Una successiva analisi al microscopio dei provini, opportunamente sezionati, ha sembrato confermare tale supposizione. Per avere la certezza di tale risultato si è proceduto nel distaccare tra loro i diversi strati del laminato introducendo questi entro un forno a una temperatura di 600°C per l'epossidico e ad una temperatura, leggermente più elevata, circa 680°C per il Peek. A tali valori di temperatura si è così venuta a sciogliere la resina utilizzata per incollare tra loro i diversi layers. Separati gli strati e analizzati accuratamente al microscopio si è notata una rottura di fibre negli strati orientati a 45° nel caso dell'epossidico impattato a velocità maggiori, dove si generava una forza di circa 10000N. Per valori di forza inferiori non si è denotata alcuna rottura di fibre. Riguardo il peek, per tutti i valori di forza analizzati non si sono visualizzate rotture.
Di seguito riportiamo uno schema riassuntivo delle prove effettuate e dei risultati ottenuti:

Si può notare come mentre i valori del coefficiente di restituzione e, per ciascun materiale si mantengano pressoché costanti, i valori di a vadano decrescendo all'aumentare della velocità d'impatto.

Figura IV.30. Andamento di a in funzione della velocità d'impatto.

Questo significa che tale grandezza non è esattamente una costante come sostenuto da alcuni ricercatori [Mahfuz, 1995]. In prima approssimazione, se si vuole pensare tale valore come costante, i dati che più si confanno al nostro caso sono quelli che si riferiscono al valore più basso della velocità d'impatto: abbiamo così ricavato i valori di 0.20 per il PEEK e di 0.23 per la resina epossidica.

Per la determinazione di Ceq è stata effettuata una prova sperimentale in cui una barretta del laminato composito in studio (con la medesima diposizione dei layers) è stato sottoposto ad una prova dinamica di vibrazione. L’apparecchiatura di prova era così costituita:

Figura IV.32. Catena di misura: A. Morsa; B. Provino; C. Accelerometro; D. Oscilloscopio.

L’andamento degli spostamenti ottenuti è stato il seguente:

Figura IV.33. Andamento oscillatorio degli spostamenti subiti dalla barretta.

Dall'analisi su una serie di cicli possiamo estrapolare le grandezze di interesse:

Dt = 0.015 s Periodo

Nota la rigidezza K=43.246 N/m, tramite tali grandezze ricaveremo:

f = 66.667 Hz Frequenza
wn = 418.88 rad/s Frequenza naturale
d = 0.015 Decremento logaritmico
a = 0.628 Costante di smorzamento

Utilizzando tali valori ricaviamo come il valore dello smorzamento viscoso equivalente Ceq sia pari a 4.7738E-04.

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